金属及其化合物命题方向解读

山东 张宗红 孙海清

金属及其化合物命题方向解读

山东 张宗红 孙海清

金属与合金在生产生活中是用途非常广泛的材料，而高考的考向又是以化学知识解决生产生活中的问题，所以有关金属及其化合物的知识深受命题人青睐，它既可以独立命题，又可以它为载体考查工艺流程、化学实验，尤其是近几年的工艺流程题、实验探究题，不少都是以金属及其化合物的相关知识为载体，主要涉及钠、铝、铁、铜四种金属，下面笔者就详细分析一下有关金属问题的五大考点。

考点一：常见金属及化合物的主要性质与相互转化

有关金属及其化合物的性质、用途的考查主要在选择题中，可是某一选择项，也可是一个完整的选择题，难度不会太大，常见金属与其化合物的转化主要在Ⅱ卷以推断题和工艺流程题的形式出现，考生除了要熟练掌握常见金属及其化合物的转化关系之外，还要特别注意三种金属的三角转化关系：

【例1】下列推论中正确的是（ ）

A．向FeCl3溶液中加入Mg（OH）2：3Mg（OH）2＋2Fe3＋===2Fe（OH）3＋3Mg2＋（2013·新课标）

B．AlCl3溶液加入浓氨水先有白色沉淀生成，后来沉淀溶解（2012·北京改编）

C．切开的金属Na暴露在空气中，光亮表面逐渐变暗的化学方程式：2Na＋O2===Na2O2（2012·北京）

D．Al2O3和MgO均可与NaOH溶液反应（2015·重庆）

【解析】AlCl3溶液加入浓氨水只有白色沉淀生成，浓氨水为弱碱，不能把氢氧化铝溶解，B错；切开的金属钠暴露在空气中，光亮表面变暗的原因是钠被氧化生成Na2O，反应方程式为4Na＋O2===2Na2O，C错；只有Al2O3与 NaOH溶液反应，D错。

【答案】A

【方法技巧】金属及其化合物中常见的直线型转化关系

考点二：工艺流程中钠、铝、铁

铝是地壳中含量最多的金属元素，在自然界主要以化合态形式存在于氧化铝中。铝土矿的主要成分是Al2O3，此外还含有Fe2O3、SiO2等杂质，有关铝的工艺流程题不仅能考查铝，而且能考查铁，更能考查物质的分离提纯的相关知识，而关于钠的工艺流程题通常和海水的综合利用与侯氏制碱法结合在一起考查。

【例2】Ⅰ．（2014·上海）下图是模拟“侯氏制碱法”制取NaHCO3的部分装置。下列操作正确的是（ ）

A．a通入CO2，然后b通入NH3，c中放碱石灰

B．b通入NH3，然后a通入CO2，c中放碱石灰

C．a通入NH3，然后b通入CO2，c中放蘸稀硫酸的脱脂棉

D．b通入CO2，然后a通入NH3，c中放蘸稀硫酸的脱脂棉

Ⅱ．铝是一种应用广泛的金属，工业上用Al2O3和冰晶石（Na3AlF6）混合熔融电解制得。

铝土矿的主要成分是Al2O3和SiO2等。从铝土矿中提炼Al2O3的流程如下：

回答下列问题：

（1）写出反应1的化学方程式：___________________。

（2）滤液Ⅰ中加入CaO生成的沉淀是________，反应2的离子方程式为_______________________________________。

【解析】Ⅰ．侯氏制碱法的原理是向饱和的NaCl溶液中先通入NH3，然后通入CO2，利用生成的碳酸氢钠溶解度小而析出。由于NH3在水中的溶解度大所以先通NH3，但为了防倒吸，所以a通入NH3，然后b通入CO2，考虑NH3的尾气处理所以选择放蘸稀硫酸的脱脂棉，即C选项正确。

Ⅱ．（1）在加入NaOH溶液时，Al2O3和SiO2都能与NaOH反应，分别生成NaAlO2和Na2SiO3。（2）加入CaO后，结合生成难溶物CaSiO3；滤液Ⅱ中主要含有，通入CO2后生成沉淀Al（OH）3，煅烧后生成Al2O3。

【答案】Ⅰ．C

Ⅱ．（1）2NaOH＋SiO2===Na2SiO3＋H2O、2NaOH＋Al2O3===2NaAlO2＋H2O

（2）CaSiO3＋CO2＋3H2O ===2Al（OH）3↓＋［或＋CO2＋2H2O ===Al（OH）3↓＋］

【知识链接】（1）碱溶法炼铝流程图：

（2）酸溶法炼铝流程图：

考点三：铜的综合利用

铜是一种很灵活的金属，以它做载体能够考查高中几乎所有的知识，因为铜有变价可以考查氧化还原反应，因为粗铜能够精炼，可以考查电化学的知识，因为氢氧化铜可以检验醛基，有机化学的知识也可在这方面进行钩挂，还可以以铜的综合利用为载体考查化学实验方面的知识。

【例3】（2013·广东）银铜合金广泛用于航空工业，从切割废料中回收银并制备铜化工产品的工艺如下：

［注：Al（OH）3和Cu（OH）2开始分解的温度分别为45℃和80℃］

（1）滤渣A与稀HNO3反应，产生的气体在空气中迅速变为红棕色，该气体变色的化学反应方程式为_________。

（2）固体混合物B的组成为____________；在生成固体B的过程中，需控制NaOH的加入量，若NaOH过量，则因过量引起的反应的离子方程式为_______________________。

（4）CuSO4溶液也可用于制备胆矾，其基本操作是____ _____________、过滤、洗涤和干燥。

【解析】根据电解原理、物质的性质及工艺流程、氧化还原反应、守恒计算等分析。

（1）气体变色发生的反应为2NO＋O2===2NO2。（2）固体B含有Cu（OH）2、Al（OH）3。若NaOH过量，则Al（OH）3会转化为NaAlO2。（3）该反应为氧化还原反应，根据得失电子相等、原子守恒确定缺项物质，然后配平化学方程式。（4）CuSO4从饱和溶液中结晶生成CuSO4·5H2O（胆矾），由CuSO4溶液制备胆矾需要的操作为蒸发结晶、过滤、洗涤和干燥。

【答案】（1）2NO＋O2===2NO2

（2）Al（OH）3、Cu（OH）2Al（OH）3＋OH－===

（3）4 2 4 O2

（4）蒸发结晶

【方法技巧】废铜综合利用的常见流程框图模式：

考点四：常见金属离子的检验

该类试题通常以实验探究的形式出现，题目中给出每步实验的操作及现象，要求根据现象推断所含离子。推断时要仔细分析每一步所发生的反应，并注意思维的严密性，解题时要特别注意以下几点：注意有颜色的离子与溶液的颜色是否一致；根据某现象推出含有的某种离子，该离子是否为前面的操作引入的。

【例4】（2013·浙江）现有一瓶标签上注明为葡萄糖酸盐（钠、镁、钙、铁）的复合制剂，某同学为了确认其成分，取部分制剂作为试液，设计并完成了如下实验：

已知：控制溶液pH＝4时，Fe（OH）3沉淀完全，Ca2＋、Mg2＋不沉淀。

该同学得出的结论正确的是（ ）

A．根据现象1可推出该试液中含有Na＋

B．根据现象2可推出该试液中并不含有葡萄糖酸根

C．根据现象3和4可推出该试液中含有Ca2＋，但没有Mg2＋

D．根据现象5可推出该试液中一定含有Fe2＋

【解析】加入NaOH溶液后观察到黄色火焰，不能确定试液中含有Na＋，A项不正确；由于葡萄糖酸根中不含醛基，不能与银氨溶液发生银镜反应，现象2不能说明任何问题，B不正确；Mg2＋与NH3·H2O反应会产生沉淀，显然C项正确；用H2O2氧化之前未检验是否含有Fe3＋，D项不正确。

【答案】C

【技巧点拨】突破离子推断问题的“四项”基本原则：

1．肯定性原则：结合实验现象推出肯定存在或肯定不存在的物质或离子；

2．互斥性原则：在肯定某些离子存在的同时，结合离子共存规律，否定一些离子的存在；

3．进出性原则：注意实验过程中反应生成的离子或引入的离子对后续实验的干扰；

4．电中性原则：溶液中既要有阳离子，也要有阴离子。

考点五：有关混合金属的计算问题

“守恒法”是中学化学中一种常用的解题方法，它利用物质变化过程中某一特定的量固定不变来列式求解，即找到起始和终止反应时某一特定量的对应关系，建立方程。

【例5】（2013·四川）1．52g铜镁合金完全溶解于50mL密度为1．40g／mL、质量分数为63%的浓硝酸中，得到NO2和N2O4的混合气体1 120mL（标准状况下），向反应后的溶液中加入1．0mol／L NaOH溶液，当金属离子全部沉淀时，得到2．54g沉淀。下列说法不正确的是（ ）

A．该合金中铜与镁的物质的量之比是2∶1

B．该浓硝酸中HNO3的物质的量浓度是14．0mol／L

C．NO2和N2O4的混合气体中，NO2的体积分数是80%

D．得到2．54g沉淀时，加入NaOH溶液的体积是600mL

【解析】利用氮守恒可知溶解合金后溶液中含有c（NO－3）＝0．05L×14mol／L－0．04mol－0．01mol×2＝0．64mol，加入NaOH当离子恰好全部沉淀时，溶液为NaNO3溶液，利用原子守恒加入n（NaOH）＝n（NO－3），故加入V（NaOH）＝0．64mol÷1．0mol·L－1＝640mL，D项错误。

【答案】D

【方法技巧】硝酸与金属反应的三个守恒技巧：①反应中被还原的硝酸的物质的量等于反应中生成的NO2和NO气体的物质的量之和。②金属与硝酸反应时，生成的气体（NO2和NO）的物质的量、生成的M（NO3）x中所含的氮元素的物质的量与剩余的硝酸的物质的量三者之和等于原硝酸的物质的量。③金属与硝酸反应时，若生成的气体NO2、NO恰好完全溶于NaOH溶液中，由于生成物NaNO3、NaNO2中的Na＋与N原子个数比为1∶1，则n（NaOH）＝n（NO2）＋n（NO）。

（作者单位：山东省垦利一中）